黃仁輝 郝寅生 馬麟 劉佳洋

摘 要：向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)，用于向家壩升船機上下游航道的視頻監(jiān)控、船舶識別以及甚高頻通信。本文通過無線通信技術(shù)無線網(wǎng)橋的應(yīng)用，對向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)通信的可靠性及系統(tǒng)擴展性進行探討。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)橋;向家壩升船機;船舶交通管理系統(tǒng);通信

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0051-03

數(shù)據(jù)通信主要有無線與有線兩種方式。無線通信建設(shè)工程周期短，成本低，便于維護。有線通信一般受干擾較小，可靠性高，保密性強，但建設(shè)費用大。隨著城市的快速發(fā)展，城市建設(shè)動土施工中通訊線纜被破壞已成為常態(tài)。建設(shè)施工往往周期較長，被破壞的通訊線纜往往不能在短期內(nèi)恢復(fù)，因此造成數(shù)據(jù)通信中斷，可靠性大大降低。無線通訊以空氣為傳播介質(zhì)，其獨有的空中傳輸方式，正好可以作為有線通訊的可靠備用。

1 船舶交通管理系統(tǒng)當前情況

向家壩升船機船舶交通管理（Vessel Traffic Service，簡稱VTS[1]）系統(tǒng)，簡稱向家壩VTS系統(tǒng)，主要由PRIDe VTS 1000子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控（CCTV）子系統(tǒng)和甚高頻通訊（VHF）子系統(tǒng)三部分組成。用于向家壩升船機上下游航道的視頻監(jiān)控、船舶識別以及甚高頻通信。整個系統(tǒng)由4個雷達基站，1個服務(wù)器站，2個監(jiān)控中心及7個攝像機組成，硬件設(shè)備通過有線網(wǎng)絡(luò)組成一個獨立的局域網(wǎng)，其中3號基站與金沙江北岸通過小型無線網(wǎng)橋接入本局域網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)備用。

圖1為向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)硬件分布示意圖，其系統(tǒng)監(jiān)控覆蓋范圍為向家壩升船機上下游水上管理區(qū)，硬件設(shè)施分布于上游4號基站至下游3號基站約7kM范圍內(nèi)。

北岸向家壩營區(qū)屬向家壩電廠管轄，南岸為XX省XX市城區(qū)。隨著向家壩水電站的建設(shè)及向家壩升船機的通航， XX市近年來發(fā)展迅速，基礎(chǔ)建設(shè)項目眾多，經(jīng)常發(fā)生施工中破壞通訊線纜的情況。其中3號基站至服務(wù)器站通訊線纜需穿越XX省XX市城區(qū)，4號基站至服務(wù)器站需穿越翻壩運輸隧道，因此通訊線纜被破壞已成常態(tài)。

通訊不暢、可靠性低已成為制約向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行及擴展的主要原因。

2 無線網(wǎng)橋介紹

2.1無線網(wǎng)橋簡介

無線網(wǎng)橋的工作原理是以空氣作為傳輸介質(zhì)進行無線網(wǎng)絡(luò)的橋接。其發(fā)射端把有線信號轉(zhuǎn)化為無線電磁波信號并定向發(fā)射到空氣中。接收端接收空氣中的無線電磁波信號并轉(zhuǎn)化為有線信號。無線網(wǎng)橋這種以空氣為傳輸介質(zhì)進行信號傳輸?shù)姆绞?，可以解決很多情況下有線部署施工困難的問題。

無線網(wǎng)橋工作在2.4G或5.8G的免申請無線執(zhí)照的頻段。采用無線網(wǎng)橋進行組網(wǎng)，除了具備有線網(wǎng)絡(luò)的基本特點之外，還可以在長達數(shù)十公里的距離上實現(xiàn)點對點或者點對多點網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達108Mbps。在無線網(wǎng)橋信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，無線終端都可以方便地接入該網(wǎng)絡(luò)，融入系統(tǒng)，不需要任何布線，無線終端可以實現(xiàn)零配置接入，因此非常容易進行網(wǎng)絡(luò)維護和擴展。

2.2? 2.4G網(wǎng)橋與5.8G 網(wǎng)橋的區(qū)別

2.4G網(wǎng)橋的優(yōu)點是傳播性能好，由于其頻率低，波長大，因此繞射能力比較強，即使傳播路徑上有輕微的遮擋也不會對信號有較大影響，且2.4G網(wǎng)橋設(shè)備成本較低，組網(wǎng)成本不高。缺點是使用2.4G頻段的設(shè)備容易受周圍其他同頻段設(shè)備發(fā)射的無線電磁波信號干擾，造成傳輸質(zhì)量下降，且2.4GHz 頻段本身的傳輸帶寬較小，一般不超過300Mbps。

5.8G 網(wǎng)橋的優(yōu)點是傳輸帶寬大，傳輸帶寬最高可達到1Gbps以上，由于其頻率較高，使用該頻段的設(shè)備相對較少，因此不易受其他信號干擾，適合用于數(shù)據(jù)傳輸要求較高的場所。缺點是由于其頻率較高，波長短，因此穿透性比較差，傳播路徑上不能有遮擋物。5.8G 無線網(wǎng)橋設(shè)備相較于2.4G無線網(wǎng)橋設(shè)備價格較高，因此其組網(wǎng)成本較高。

2.3無線網(wǎng)橋常用傳輸模式

常見的無線網(wǎng)橋傳輸模式有3種，即點對點傳輸模式、中繼傳輸模式、點對多點傳輸模式。

2.3.1點對點傳輸模式

點對點傳輸模式（見圖2）是無線網(wǎng)橋最簡單的組網(wǎng)模式，即發(fā)射端定向發(fā)射無線電磁波信號，再由接收端接收信號，一對一的發(fā)射與接收。該模式常用于傳輸距離遠，或者監(jiān)控點分布區(qū)域較大，且發(fā)射端及接收端無信號遮擋的傳輸情況。

2.3.2中繼傳輸模式

中繼傳輸模式（見圖3）是由于發(fā)射端與接收端之間有阻擋物遮擋了電磁波信號，因此在發(fā)射端與接收端之間添加中繼站作為中轉(zhuǎn)設(shè)備，電磁波信號即可通過中繼站傳輸?shù)浇邮斩?，由于該模式要增加中轉(zhuǎn)設(shè)備因此設(shè)備費用投入較大，一般非必要時不會采用該模式。

2.3.3點對多點傳輸模式

點對多點傳輸模式（見圖4） 由點對點傳輸模式發(fā)展而來，即一個接收端接收多個發(fā)射端的信號，主要用于信號傳輸距離較近，終端設(shè)備分布點較多、分布較密集的情況。

3 無線網(wǎng)橋在向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)通信可靠性分析

向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)硬件設(shè)備主要分布于金沙江南北兩岸。金沙江北岸設(shè)置有1號基站、2號基站，3號攝像機， 4號、5號攝像機，聯(lián)合指揮中心監(jiān)控中心;金沙江南岸設(shè)置有4號基站，3號基站;向家壩升船機設(shè)置1個服務(wù)器站和1個監(jiān)控中心。

北岸設(shè)備均位于向家壩工區(qū)管轄范圍之內(nèi)，通信線路安全性較高，因此本文不再贅述。3號基站和4號基站位于金沙江南岸，已在向家壩工區(qū)管轄范圍之外。3號基站光纖線路穿越XX市城區(qū)，近年來XX市發(fā)展迅速，隨著向家壩升船機的通航，以及XX市新碼頭的投運，城市基建改造項目眾多，基建施工中通訊線纜被破壞已成常態(tài)。

硬件設(shè)備故障恢復(fù)周期一般較長，在當前環(huán)境條件下，通訊故障并不能及時恢復(fù)。由此可見，向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)可靠性薄弱點主要在通信的可靠性。

3.2無線網(wǎng)橋在向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.2.1可行性

從向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)硬件分布圖來看（見圖5），該系統(tǒng)屬于點對多點的傳輸模式，正好可以采用無線網(wǎng)橋架設(shè)模式中點對多點的傳輸模式。除1號基站、4號基站和向家壩升船機外，其余位置海拔均在約300m左右。各站點與1號基站距離均不超過5km，實際直線距離內(nèi)均在金沙江江面，無高大建筑物阻擋，有利于無線信號傳輸。從設(shè)備分布和施工難度及效果來看，1號基站最適合作為中心收發(fā)點，因此可在1號基站附近設(shè)置一套全方向收發(fā)天線。

3.2.2無線網(wǎng)橋的選擇

3.2.2.1傳輸距離

不同的無線網(wǎng)橋設(shè)備有不同的傳輸距離，可根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的距離選擇合適的無線網(wǎng)橋設(shè)備。無線網(wǎng)橋的傳輸距離一般有1～3km、 3～5km、5～10km以及20km以上的，為保證可靠性，應(yīng)盡可能選擇網(wǎng)橋的最大傳輸距離大于實際傳輸距離。因為在實際應(yīng)用中雨、霧、雪等天氣會大大降低無線網(wǎng)橋的傳輸性能，因此在選擇設(shè)備時應(yīng)預(yù)留充足的設(shè)備性能余量。向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域雨、霧較多，因此預(yù)留充足的設(shè)備性能余量可大大提高系統(tǒng)的可靠性。

3.2.2.2、工作頻段

無線網(wǎng)橋的工作頻段目前主要有2.4G和5.8G兩種。2.4G的無線網(wǎng)橋是當前最常用的頻段，其兼容性好，繞射能力強，但抗干擾性比較差，在城市地區(qū)使用容易受周圍其他設(shè)備的無線信號干擾。5.8G的無線網(wǎng)橋信道比較純凈，抗干擾能力強，傳輸距離遠，但繞射能力較差。向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域鄰近XX省XX市城區(qū)，且各站點間均無信號遮擋物，為避免信號干擾，宜采取5.8G的無線網(wǎng)橋。

3.2.2.3天線

天線是無線網(wǎng)橋用來發(fā)射和接收無線電磁波信號最重要的部件。天線分為全向天線和定向天線，全向天線適用于近距離的無線信號覆蓋和傳輸，遠距離信號傳輸應(yīng)選擇定向天線，且天線增益越大，無線網(wǎng)橋的傳輸性能越好。因此，可以在1號基站附近設(shè)置一套全方向收發(fā)天線，作中心收發(fā)點，再通過有線光纖連接至服務(wù)器。其余站點設(shè)置定向天線，考慮建設(shè)成本，3號攝像機和4號、5號攝像機可共用一套天線，如圖6所示：

3.2.2.4防護等級

無線網(wǎng)橋一般工作于室外，受環(huán)境因素影響較大，如雨、雪、霧、高溫等，因此，為保證可靠性，無線網(wǎng)橋設(shè)備應(yīng)滿足防水、防塵、耐高溫、抗冷凝等室外長期使用的標準。

3.2.3無線網(wǎng)橋在向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)后期擴展中的作用

無線網(wǎng)橋方便部署的特點，對于后期系統(tǒng)升級帶來了極大的方便，在不易于有線網(wǎng)絡(luò)部署的位置，或短時間不能部署的位置均可考慮采用無線網(wǎng)橋進行部署，可以方便快速地接入網(wǎng)絡(luò)，融入系統(tǒng)。

向家壩升船機上游80m待閘躉船、90m浮堤由于位于江面無法采用有線方式安裝監(jiān)控設(shè)備。因此可采用無線網(wǎng)橋進行80m待閘躉船及90m浮堤監(jiān)控設(shè)備部署，即可快速方便解決當前問題，通過無線網(wǎng)橋可方便快速接入向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能擴展。

4 結(jié)論

采用無線網(wǎng)橋組網(wǎng)，作為向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)有線通信網(wǎng)絡(luò)的備用網(wǎng)絡(luò)，可在有線網(wǎng)絡(luò)故障時起到全方面?zhèn)溆玫淖饔?。同時，向家壩升船機區(qū)域水上管理區(qū)由于地理環(huán)境限制，某些需要安裝監(jiān)控設(shè)備的地方無法采取有線網(wǎng)絡(luò)部署，即可采用無線網(wǎng)橋組網(wǎng)。從而實現(xiàn)向家壩升船機船舶交通管理系統(tǒng)的功能擴展，更好地發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

參考文獻：

[1]陳澤亮， 劉沁悅. 淺談VTS運行維護的問題及對策[J]. 珠江水運， 2019， （11）： 89-90.